水下結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報波疊加法理論與試驗研究.pdf

1、輻射噪聲一直是衡量潛艇作戰(zhàn)性能及生存能力的重要指標,是敵方聲學(xué)武器探測的主要目標,直接影響到潛艇的聲隱身性能,因此對類似潛艇動力艙段的水下典型結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報具有重要意義。而在潛艇表面粘貼聲學(xué)覆蓋層作為主要的降噪手段之一,其降噪效果的理論預(yù)報與試驗測試顯得極為重要,為此應(yīng)該有針對性地開展水下典型結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報研究。在這方面研究中存在一些技術(shù)難點,其中包括如何獲取有效的測量數(shù)據(jù);如何減少測量水聽器數(shù)量,縮減測量成本;尤其是怎樣高效地利用水下結(jié)構(gòu)

2、粘貼或不粘貼覆蓋層其中一個工況下的聲場數(shù)據(jù),估算出另一工況下的輻射聲場,從而減少測量工況數(shù)量等工程應(yīng)用問題。針對水下結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報研究中存在的這些技術(shù)問題,本文做了如下研究:
　　首先介紹了波疊加法的研究背景,闡述了其在聲場預(yù)報、近場聲全息、噪聲源識別方面的國內(nèi)外研究動態(tài),分析了水下結(jié)構(gòu)聲學(xué)覆蓋層的降噪機理和降噪預(yù)報的研究方法,討論了各方法的優(yōu)缺點,明確了將波疊加法應(yīng)用于水下結(jié)構(gòu)聲學(xué)覆蓋層降噪預(yù)報存在的技術(shù)難點,針對這方面的研究需求

3、,確定了論文將要研究的主要內(nèi)容。
　　然后,研究了在自由場條件下,波疊加法降噪預(yù)報理論,即由水下結(jié)構(gòu)無覆蓋時聲場預(yù)測有覆蓋時聲場。首先研究闡述基于振速和聲壓測量的波疊加法原理,分析正則化濾波對波疊加法計算精度的影響,討論粘彈性材料阻抗傳遞原理及與結(jié)構(gòu)界面耦合的處理方法;然后以脈動球、單點激勵球殼聲輻射為算例,并引入復(fù)矢徑虛源,分別驗證基于振速、基于聲壓測量的波疊加法有效性;討論了影響聲場計算精度的因素,以有限元ANSYS與邊界元S

4、YSNOISE軟件聯(lián)合計算的測量面聲壓為輸入條件,研究了水下有限長單點徑向激勵簡支圓柱殼粘貼均勻粘彈性材料的降噪效果。
　　接著又研究了半自由場波疊加法降噪預(yù)報理論,即在半自由場條件下,由水下結(jié)構(gòu)無覆蓋時聲場預(yù)測有覆蓋時聲場。首先研究基于聲壓測量的半自由場波疊加法原理,給出虛源點與聲場點之間界面反射系數(shù)的計算方法,以及半自由場條件下,虛源鏡像與軟件計算測量面聲壓的方法。數(shù)值仿真計算了半自由場條件下,單點徑向激勵的球殼和簡支圓柱殼粘

5、貼均勻粘彈性材料的降噪效果,并與軟件計算的數(shù)值解和自由場的計算結(jié)果進行對比分析。
　　研究了粘貼覆蓋層后的水下結(jié)構(gòu)單工況降噪預(yù)報理論,即由水下結(jié)構(gòu)有粘彈性覆蓋時聲場預(yù)測無覆蓋時聲場。首先研究在水下結(jié)構(gòu)已經(jīng)粘貼粘彈性材料的條件下,基于聲壓測量的波疊加法,對水下結(jié)構(gòu)進行降噪預(yù)報的基本原理。然后研究有限元+邊界元軟件計算粘貼粘彈性材料的水下結(jié)構(gòu)聲場的參量設(shè)定方法,在驗證有限元軟件計算粘彈性材料位移和聲場有效的前提下,軟件計算粘貼均勻粘彈

6、性材料的球殼和有限長簡支圓柱殼的測量面聲壓,以此為輸入條件,采用波疊加法,結(jié)合粘彈性材料阻抗傳遞和界面耦合理論,計算球殼、圓柱殼粘貼粘彈性層前的輻射聲壓,從而預(yù)測水下結(jié)構(gòu)粘貼粘彈性層的降噪效果。
　　研究水下結(jié)構(gòu)粘貼復(fù)合結(jié)構(gòu)覆蓋的降噪預(yù)報理論,針對具有空腔復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘彈性材料,在小穿孔率、結(jié)構(gòu)規(guī)則且分布均勻條件下,采用材料聲學(xué)參數(shù)等效法,引入波疊加法,研究其對水下結(jié)構(gòu)的降噪效果;對具有典型指數(shù)型喇叭腔復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘彈性材料,采用變截

7、面波導(dǎo)理論,引入波疊加法,研究其粘貼在水下結(jié)構(gòu)表面的降噪效果;對于具有壓電分層結(jié)構(gòu)的半主動復(fù)合材料,采用聲阻抗匹配法優(yōu)化其外接損耗電路參數(shù),然后結(jié)合壓電阻抗傳遞原理和波疊加法,對其在水下結(jié)構(gòu)的降噪效果進行理論預(yù)報。
　　最后,開展基于波疊加法的水下結(jié)構(gòu)粘貼粘彈性覆蓋降噪預(yù)報試驗研究,采用波疊加法,結(jié)合粘彈性材料阻抗傳遞和界面耦合理論,通過水下結(jié)構(gòu)一個工況下的測量面聲壓,預(yù)測其在另一個工況下的聲場。對水下雙層圓柱殼粘貼粘彈性覆蓋的降